2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第12章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核課時作業(yè)含解析

PAGE7-第2講原子結(jié)構(gòu)和原子核1．鈾是常用的一種核燃料，若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n則a＋b可能是()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)SrD.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)SrD[依據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒可知，a＋b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235＋1－2＝234，質(zhì)子數(shù)應(yīng)為92，A項中的質(zhì)量數(shù)為140＋93＝233，B項中質(zhì)量數(shù)是141＋92＝233，C項中質(zhì)量數(shù)為141＋93＝234，質(zhì)子數(shù)為56＋38＝94，D項中質(zhì)量數(shù)為140＋94＝234，質(zhì)子數(shù)為54＋38＝92，綜上可知，答案為D。]2．核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線。下列說法正確的是()A．碘131釋放的β射線由氦核組成B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C．與銫137相比，碘131衰變更慢D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)D[β射線的本質(zhì)是電子，并非氦核，A錯誤。γ光子的頻率大于可見光光子的頻率，由E＝hν可知，γ光子的能量大于可見光光子的能量，B錯誤。半衰期越小表示元素衰變越快，C錯誤。同位素的中子數(shù)不同但含有相同的質(zhì)子數(shù)，D正確。]3.氦原子被電離一個核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子的能級示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子或者電子中，不能被基態(tài)氦離子汲取而使其發(fā)生躍遷的是()A．42.8eV(光子) B．43.2eV(電子)C．41.0eV(電子) D．54.4eV(光子)A[入射光子使原子躍遷時，其能量應(yīng)正好等于原子的兩能級間的能量差，而電子使原子躍遷時，其能量可以大于等于原子兩能級間的能量差，發(fā)生電離時入射光子的能量可以大于等于54.4eV，故選A。]4．目前，在居室裝修中常常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素。比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出α、β、γ射線，這些射線會導(dǎo)致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病。依據(jù)有關(guān)放射性學(xué)問可知，下列說法正確的是()A．氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個原子核了B．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子和電子所產(chǎn)生的C．γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，在這三種射線中，α射線的穿透實力最強，電離實力最弱D．發(fā)生α衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)削減了4B[半衰期遵循統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核是沒有意義的，A錯誤。依據(jù)三種射線的特性及衰變實質(zhì)可知B正確，C、D錯誤。]5．(2024·江西南昌外國語學(xué)校模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)，下列說法錯誤的是()A．湯姆孫依據(jù)氣體放電管試驗斷定陰極射線是帶負電的粒子流，并求出了這種粒子的比荷B．盧瑟福α粒子散射試驗表明：原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量C．β射線是原子的核外電子電離后形成的電子流D．玻爾在原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合普朗克的量子概念，提出了玻爾的原子模型C[本題考查原子物理學(xué)史相關(guān)學(xué)問。湯姆孫通過探討求出了陰極射線的比荷，明確陰極射線是電子，選項A正確；α粒子散射試驗中由于極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，表明原子全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子中很小的體積內(nèi)，選項B正確；β射線是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來形成的電子流，選項C錯誤；玻爾在原子核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合普朗克的量子概念，提出了玻爾的原子模型，選項D正確。]6．(2024·湖南益陽期末)2024年11月21日消息，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)探討院核能平安所吳宜燦探討員獲得了美國核學(xué)會聚變核能杰出成就獎。關(guān)于聚變與衰變、自然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．原子核核子間的距離接近到10－10m就會發(fā)生聚變反應(yīng)B.eq\o\al(232,90)Th衰變成eq\o\al(208,82)Pb要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變C．自然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線穿透實力很強且速度與光速相當(dāng)D．β衰變是放射性元素原子的核外電子具有較高能量時發(fā)生的B[本題考查核聚變的條件和自然放射性的相關(guān)問題。要使原子核發(fā)生聚變反應(yīng)，必需使核子間的距離接近到10－15m，A項錯誤；設(shè)發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，則依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒有2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰變過程中要經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，B項正確；α射線是速度約為0.1c的氦核流，穿透實力弱，C項錯誤；β衰變放出的電子來自原子核內(nèi)部發(fā)生變更時的產(chǎn)物，D項錯誤。]7．已知氘核的比結(jié)合能為1.1MeV，氦核的比結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A．釋放出4.9MeV的能量 B．釋放出6.0MeV的能量C．釋放出24.0MeV的能量 D．汲取4.9MeV的能量C[依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，由于氘核的比結(jié)合能為1.1MeV，氦核的比結(jié)合能為7.1MeV，故結(jié)合前氘核的結(jié)合能為E1＝2×1.1MeV，結(jié)合后氦核的結(jié)合能為E2＝4×7.1MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，負號表示釋放能量，選項C正確。]8．(2024·山東日照模擬)氫原子能級如圖，一群氫原子處于n＝4能級上。當(dāng)氫原子從n＝4能級躍遷到n＝3能級時，輻射光的波長為1884nm，下列推斷正確的是()A．一群氫原子從n＝4能級向低能級躍遷時，最多產(chǎn)生4種譜線B．從高能級向低能級躍遷時，氫原子汲取能量C．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，輻射光的波長大于1884nmD．用從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射的光照耀W逸＝6.34eV的鉑，能發(fā)生光電效應(yīng)D[本題考查氫原子的能級躍遷。一群處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生Ceq\o\al(2,4)＝6種譜線，故A錯誤；由高能級向低能級躍遷時，氫原子向外輻射能量，故B錯誤；氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級比從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的光子的頻率大，則波長短，即輻射光的波長小于1884nm，故C錯誤；氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量為E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，可以發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。]9．(2024·山東濟寧一模)日本福島核事故是世界上最大的核事故之一，2024年2月13日首次“觸及”到了該核電站內(nèi)部的核殘渣，其中部分殘留的放射性物質(zhì)的半衰期可長達1570萬年。下列有關(guān)說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過4次β衰變和7次α衰變B．自然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線的速度與光速相當(dāng)，穿透實力很強C．將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解，會變更放射性元素的半衰期D．放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的D[本題考查自然放射性的幾種衰變。設(shè)經(jīng)x次α衰變和y次β衰變eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb，依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得238＝206＋4x,92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變，故A錯誤。α射線是速度為0.1c的氦核流，穿透實力最弱；γ射線的穿透實力最強且速度與光速相當(dāng)，故B錯誤；半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，只對大量的原子核適用，且半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素確定，與所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯誤；β衰變放出的電子是來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的，故D正確。]10．(2024·永州模擬)如圖所示，圖甲為氫原子的能級，圖乙為氫原子的光譜，已知譜線a是氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2能級時的輻射光，譜線b可能是氫原子在下列哪種情形躍遷時的輻射光()A．從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級B．從n＝5的能級躍遷到n＝2的能級C．從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級D．從n＝5的能級躍遷到n＝3的能級B[譜線a是氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時的輻射光，波長大于譜線b，所以a光的光子頻率小于b光的光子頻率。所以b光的光子能量大于n＝4和n＝2間的能級差。n＝3躍遷到n＝2，n＝4躍遷到n＝3，n＝5躍遷到n＝3的能級差小于n＝4和n＝2的能級差。n＝5和n＝2間的能級差大于n＝4和n＝2間的能級差。故A、C、D項錯誤，B項正確。]11．(2024·陜西漢中質(zhì)檢)關(guān)于近代原子物理，下列說法正確的是()A．依據(jù)玻爾理論可知，一個氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射6種頻率的光子B．放射性物質(zhì)的半衰期受環(huán)境溫度的影響C．α粒子散射試驗揭示了原子核是可分的D．能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時從該金屬表面逸出的電子最大初動能為15eV，為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量至少為15eVD[本題考查原子相關(guān)學(xué)問。依據(jù)玻爾理論可知，一個氫原子從n＝4能級向低能級躍遷最多可輻射3種頻率的光子，選項A錯誤；放射性物質(zhì)的半衰期由自身內(nèi)部因素確定，不受環(huán)境溫度的影響，選項B錯誤；盧瑟福通過α粒子散射試驗建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，沒有揭示原子核是可分的，選項C錯誤；能量為30eV的光子照耀到某一金屬表面時從金屬表面逸出的電子最大初動能為15eV，則該金屬的逸出功為15eV，則為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量至少為15eV，選項D正確。]12．下列說法正確的是()A．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等B．鈾核裂變的一種核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．設(shè)質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是(m1＋m2－m3)c2D．原子在a、b兩個能級的能量分別為Ea、Eb，且Ea>Eb，當(dāng)原子從a能級躍遷到b能級時，輻射出光子的波長λ＝eq\f(hc,Ea－Eb)(其中c為真空中的光速，h為普朗克常量)D[動能相等的質(zhì)子和電子，因質(zhì)子質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多，依據(jù)動能Ek＝eq\f(p2,2m)可知質(zhì)子和電子動量不相等，再依據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，可知動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長不相等，故A錯誤；鈾核須要俘獲一個慢中子才能發(fā)生裂變，其中的一種核反應(yīng)方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，故B錯誤；依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，兩個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2，故C錯誤；原子在a、b兩個能級的能量為Ea、Eb，且Ea>Eb，當(dāng)原子從a能級躍遷到b能級時，輻射出光子的能量為E＝eq\f(hc,λ)＝Ea－Eb，所以光子的波長λ＝eq\f(hc,Ea－Eb)，故D正確。]13．(2024·廣西三市調(diào)研)氫原子能級圖如圖所示，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷輻射出的光子中，發(fā)覺有兩種頻率的光子能使金屬A產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列說法正確的是()A．大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷時，只輻射兩種頻率的光子B．從n＝3激發(fā)態(tài)干脆躍遷到基態(tài)時放出的光子肯定能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng)C．一個氫原子從n＝3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，該氫原子能量增大D．一個氫原子從n＝3激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，該氫原子核外電子動能減小B[本題考查玻爾氫原子能級躍遷理論的綜合應(yīng)用。大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級狀態(tài)躍遷時，有3→1,3→2,2→1，三種狀況，所以躍遷過程中將釋放出3種頻率的光子，故A錯誤；由題可知，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷所放出的光子中，有兩種頻率的光子能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng)，從n＝3躍遷到基態(tài)輻射的光子頻率最大，則肯定能使金屬A發(fā)生光電效應(yīng)，故選項B正確；依據(jù)玻爾理論，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，放出能量，電子的動能增大，電勢能減小，原子總能量減小，故選項C、D錯誤。]14．(多選)如圖所示，空間存在垂直紙面對外的勻強磁場(圖中未畫出)，一放射源P位于足夠大的絕緣板AB上方，放射性物質(zhì)為eq\o\al(238,92)U，發(fā)生α衰變后，放出α射線，eq\o\al(234,90)Th留在放射源中，P到AB的距離為d，在紙面內(nèi)向各個方向放射速率均為v的α粒子，不考慮粒子間的相互作用和α粒子的重力。已知α粒子做圓周運動的半徑也為d，則()A．核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．板上能被α粒子打到的區(qū)域長度是2dC．α粒子到達板上的最長時間為eq\f(3πd,2v)D．α粒子到達板上的最短時間為eq\f(πd,2v)AC[依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，選項A正確；如圖所示，板上能被α粒子打到的區(qū)域長度為CD，由幾何關(guān)系可求得OD＝d，OC＝eq\r(3)d，故板上能被α粒子打到的區(qū)域長度是(1＋eq\r(3))d，選項B錯誤；豎直向上射出的α粒子到達板上的時間最長，其軌跡對應(yīng)的圓心角為270°，故最長時間為tmax＝eq\f(270°,360°)×eq\f(2πd,v)＝eq\f(3πd,2v)，選項C正確；α粒子到達板上的時間最短時，其軌跡對應(yīng)的弦長為d，故對應(yīng)的圓心角為60°，最短時間為tmin＝eq\f(60°,360°)×2eq\f(πd,v)＝eq\f(πd,3v)，選項D錯誤。]15．(2024·領(lǐng)航高考沖刺卷)(多選)小宇同學(xué)參與學(xué)?？萍技文耆A，設(shè)計了一個光電煙霧探測器。如